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基于激光吸收光谱学的气体浓度测量

作　者: 王斌浩
导　师: 阎春生；何赛灵
学　校: 浙江大学
专　业: 光学工程
关键词: 吸收光谱学相关光谱法激光雷达技术长光程气体池
分类号: O433.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

气体浓度测量在工业过程控制、环境污染监测等领域的重要程度越来越大。至今为止,我们发展了多种气体浓度测量的方法,其中基于激光吸收光谱学的气体浓度测量方法得到广泛应用。其原理是每种气体都有自己的特征吸收光谱,并且满足比尔朗伯吸收定律。相关光谱法就是其中一种灵敏度高、测量范围大、抗干扰性强的测量方法。利用多波长光纤激光器得到与目标气体吸收光谱相匹配的多个分立模式激光输出,待测气体浓度可以与参考气体池的已知浓度相关联而容易地测出。这种方法能够消除光源不稳定以及干扰气体的影响,而且还可以同时测量多种气体。激光雷达技术在环境监测、大气污染气体检测方面应用广泛。它是一种利用短脉冲激光测量远程待测目标的后向散射光,差分吸收式分析大气中尾气污染物分布的有效方法。实验中,我们测量了中国南方某大城市的大气中原子汞和一氧化氮的浓度分布情况。不论何种气体的实验研究,都需要给予被测气体一定的测量空间,即气体池。而长光程气体池在高灵敏度的气体浓度测量中举足轻重。我们设计了一种新型长光程气体池,即在圆形玻璃管内壁涂上全反膜,激光以某个角度入射其中,经过多次反射后出射,并由探测器接收。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-10
1 绪论  10-16
  1.1 研究背景及意义  10-11
  1.2 气体浓度测量技术及其应用领域  11-13
    1.2.1 气体浓度测量技术的发展  11-12
    1.2.2 气体浓度测量的应用领域  12-13
  1.3 激光吸收光谱学气体浓度测量的发展概况  13-14
    1.3.1 相关光谱法概况  13-14
    1.3.2 远距离激光气体检测技术概况  14
    1.3.3 长光程气体池的发展概况  14
  1.4 论文的内容与创新  14-16
    1.4.1 论文的主要内容  14-15
    1.4.2 论文的创新  15-16
2 相关光谱法气体浓度测量  16-38
  2.1 引言  16
  2.2 基于二极管激光器的相关光谱法  16-19
    2.2.1 多模二极管激光器吸收光谱学  17-18
    2.2.2 光学相关光谱学  18-19
  2.3 基于多波长光纤激光器的相关光谱法  19-36
    2.3.1 测量原理  19
    2.3.2 光纤激光器搭建  19-25
    2.3.3 气体浓度调配系统  25-26
    2.3.4 实验及结果分析  26-34
    2.3.5 仿真及结果分析  34-36
    2.3.6 小结  36
  2.4 本章小结  36-38
3 远距离激光雷达测量技术  38-54
  3.1 引言  38
  3.2 激光雷达测量的基本原理  38-39
  3.3 差分吸收测量原理  39-40
  3.4 移动激光雷达系统  40-47
    3.4.1 激光雷达系统和辅助设备  41-42
    3.4.2 光学系统  42-45
    3.4.3 电子系统和计算机  45-46
    3.4.4 数据收集和处理  46-47
  3.5 大气污染物浓度测量  47-51
    3.5.1 汞原子浓度测量  47-50
    3.5.2 一氧化氮浓度测量  50-51
    3.5.3 小结  51
  3.6 本章小结  51-54
4 长光程气体池技术  54-64
  4.1 引言  54
  4.2 典型长光程气体池  54-57
    4.2.1 White型长程池  54-56
    4.2.2 Herriott型长程池  56-57
  4.3 圆柱形长光程气体池  57-63
    4.3.1 理论模型  57-61
    4.3.2 实验设计  61-63
    4.3.3 小结  63
  4.4 本章小结  63-64
5 总结与展望  64-66
参考文献  66-70
硕士期间发表论文及专利  70

基于激光吸收光谱学的气体浓度测量

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